BIOCOMBUSTIBLES Y CALDERAS DE BIOMASALA BIOMASA, UNA OPORTUNIDAD PARA LAS ENTIDADES LOCALES

David Sánchez- dsanchez@cener.comArbizu, 11 de junio de 2012

í n d i c e

1. Biocumbustibles sólidos• Tipos y Características

• Adecuación: humedad y granulometría

• Norma y Certificación

2. Calderas• Usos térmicos

• Tipos y Componentes

• Aplicación y Rentabilidad

1. Biocombustibles

4

BIOMASA BIOCOMBUSTIBLE BIOENERGIABiocombustibles

sólidos

Biocombustibles líquidos

Biocombustibles gaseosos

No combustibles

conversiónproducción

CADENA DE APROVECHAMIENTO DE LA BIOMASA1. Biocombustibles

BIOMASA

PRODUCCIÓN

BIOCOMBUSTIBLE SÓLIDO

•Reducción granulométrica•Secado•Densificación•Transporte•Almacenamiento

CADENA DE APROVECHAMIENTO DE LA BIOMASA1. Biocombustibles

CONVERSIóN

• Biocombustibles sólidos Principalmente: Aplicaciones térmicas.

• Producción de calor • Producción de electricidad

• Ejemplos• Restos de cosechas• Astillas• Pellets• Leñas• Cáscara de almendras• Hueso de aceituna

BIOCOMBUSTIBLES SÓLIDOS1. Biocombustibles

• Algunos ejemplos de Biocombustibles sólidos:

Orujo de uva seco Hueso de aceituna

Cáscara de almendra

Astillas de madera

Pellet de madera Serrín

TIPOS BIOCOMBUSTIBLES SÓLIDOS1. Biocombustibles

• Es esencial para el adecuado funcionamiento del sistema de calefacción con biomasa que la calidad del combustible se corresponda con los requerimientos de la caldera. Los parámetros más importantes en el combustible son los siguientes:

• Granulometría• Densidad• Poder calorífico• Humedad• Contenido en cenizas• Contenido en cloro• Temperatura fusión cenizas

• Es necesario realizar tratamientos a la biomasa antes de su utilización:– Adecuación de humedad: Secado– Reducción granulométrica: triturado, astillado, molienda …– Densificación: Aumento de su densidad energética

Biocombustible y caldera1. Biocombustibles

0,02,04,06,08,010,012,014,016,018,020,0

0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70%

PCI M

J/kg

Contenido huemdad

Variación PCI frente humedad

HUMEDAD1. Biocombustibles

La humedad afecta de forma importante a la energía que podemos obtener de la biomasaAdemás, con más humedad para la combustión:

Necesidad de exceso de aire , generándose más gases , produciéndose hollines y menor rendimiento (mayor consumo de biomasa).

Contenido humedad

Reducción granulométrica. Equipos: – Astilladoras: Actúan por corte.

• Utilizan cuchillas o elementos como tornillos con bordes afilados.• Proporcionan mayor calidad sin necesidad de procesos posteriores antes de su

combustión.• Muchos equipos se pueden autoalimentar.• Poca tolerancia a la presencia de piedras.• Alto coste de mantenimiento de cuchillas.

– Trituradoras: Actúan por rotura por presión. • Impacto con piezas metálicas: Martillos o dientes.• Tienen una mayor tolerancia que las astilladoras a materiales “sucios”. • Más robustas. Menor frecuencia de mantenimiento.• A veces, el material que producen no es apto para su utilización en algunos tipos de

calderas.• Mayor potencia.• No suelen tener autoalimentación.

REDUCCIÓN GRANULOMETRICA1. Biocombustibles

Ejemplos de características de algunas biomasas son las siguientes:

Leñas 20-30 1,2 n.d. 0,02 3.000- 3.400 380

BIOCOMBUSTIBLES SÓLIDOS1. Biocombustibles

650

400>3.700~ 0~ 60-70~ 1- 3~ 9-15Cáscara de almendra

700> 4.000< 0,05> 60< 1< 12Pélets de Madera

3501.600-3.300< 0,05> 65< 120-55Serrín (Húmedo)

2501.600-3.300< 0,05> 651-220-55Astilla de Madera

680> 3.800< 0,1> 65< 112-23Hueso de Aceituna

275-300> 3.800< 0,3> 58<4< 12Orujos de Uva Secos

Densidad Media (Kg/m3)

PCI (Kcal/Kg)AzufreVolátilesCenizasHumedad

% en base húmedaTIPO BIOMASA

400>3.700~ 0~ 60-70~ 1- 3~ 9-15Cáscara de almendra

650> 4.000< 0,05> 60< 1< 12Pélets de Madera

3501.600-3.300< 0,05> 65< 120-55Serrín (Húmedo)

2501.600-3.300< 0,05> 651-220-55Astilla de Madera

680> 3.800< 0,1> 65< 112-23Hueso de Aceituna

275-300> 3.800< 0,3> 58<4< 12Orujos de Uva Secos

Densidad Media (Kg/m3)

PCI (Kcal/Kg)AzufreVolátilesCenizasHumedad

% en base húmedaTIPO BIOMASA

Para garantizar un buen funcionamiento del mercado de los biocombustibles sólidos:

En Europa

Normalización de la biomasa

En España

CEN – Comité Europeo de Normalización

AENOR – Asociación Española de Normalización y Certificación

Comité técnico 335- Solid BiofuelsComité técnico 164 – Biocombustibles

sólidos

Definir parámetros de calidad

Es necesario conocer el origen de la biomasa que esta se utiliza y las características concretas del BS

Normalización1. Biocombustibles

Temas normalizados

• Terminología

• Ensayos físicos y químicosPoder caloríficoHumedadDensidadCenizas y su composiciónDistribución de partículas

• Especificaciones y clasificación de los biocombustibles

• Aseguramiento de la calidad

• Muestreos

Normalización1. Biocombustibles

Laboratorios

UNE-EN 14961 EspecificacionesPara Pelets:• Normativas

• Origen• Forma comercializada• Dimensiones (L y D)• Humedad • Cenizas • Azufre• Durabilidad mecánica• Finos• Aditivos• Densidad aparente• Poder calorífico• Cl, S y N

• Informativas• Comportamiento fusión de cenizas

Normalización1. Biocombustibles

AEBIOM (Asociación Europea de Biomasa)

EPC (Consejo Europeo Pelleta)Interlocutor del sector con instituciones Europeas

Gestionas la marca EN PLUS, marca de calidad de pellet

CERTIFICACIÓN EN-PLUSBasada en EN 14961-2 sobre calidad de pellets para uso domésticoRegula las calidades A1, A2, B en Europa para el pellet doméstico

En España AVEBIOMwww.pelletenplus.es

Certificación de pellet doméstico1. Biocombustibles

2. Calderas

• Las calefacciones modernas alimentadas con biomasa son absolutamente diferentes del tronco de leña ardiendo en una chimenea o estufa.

• En el plazo de los últimos 20 años, las calderas de biomasa han experimentado un avance considerable.

• Las calderas automáticas alcanzan los mejores niveles establecidos actualmente de:

– Rendimiento,

– Emisiones,

– Confort.

Usos Térmicos2. Calderas

• Las emisiones han caído en dos órdenes de magnitud y los rendimientos han alcanzado el mismo nivel que las calderas de gasoil o de gas:

– El estado actual de la tecnología de las calderas automáticas parece haber aumentado su rendimiento de un 60 % a un 85 – 92 % durante la década pasada

– y se ha logrado una disminución de las emisiones del CO desde valores del rango de 5.000 mg/m3hasta valores de 50 mg/m3 y menores

• Este progreso ha incluido la fiabilidad de operación de una caldera automática. El estado actual de desarrollo tecnológico de estas calderas permite que la limpieza de las superficies de intercambio y la extracción de cenizas sean automáticas. Estos sistemas de calefacción arrancan automáticamente y modulan la potencia según la demanda.

• Sin embargo, hay que destacar, que hay una amplia gama de calidades disponibles en el mercado. La selección cuidadosa de una caldera de alta calidad es esencial para realizar con éxito un proyecto.

• Un sistema de calefacción con biomasa necesita algo más de espacio para la caldera, el silo de combustible y el acceso para el suministro de combustible.

Usos Térmicos2. Calderas

No todas las biomasas son combustibles iguales y las calderas están diseñadas para un combustible con unas especificaciones determinadas.

• Normalmente las calderas de pequeña potencia (<~100 kWt) admiten un combustible estandarizado según una norma como por ejemplo:

– los pellets o astillas secas (<30%) y cribadas).– contenido en cenizas máx de 1,5% – granulometría homogénea , de 3 - 5 cm

• Por otro lado las calderas de gran potencia se diseñan a medida de un combustible determinado y admiten una variación limitada en las características de éste.

Normalmente, Tecnología de parrilla:

• Lecho delgado : para combustibles de baja humedad y elevada finura (parrilla fija).

• Lecho grueso : para combustibles de alta humedad.

• Partículas pequeñas: parrillas móviles o de avance (parrilla viajera ).

• Partículas de mayor tamaño: parrillas fijas (horizontales o inclinadas ).

Biocombustibles y calderas2. Calderas

• Un sistema de calefacción de biomasa consta de los siguientes componentes:

– caldera

– silo de biomasa

– sistema de alimentación de biomasa a la caldera

– sistema de extracción y almacenamiento de cenizas

– eventual acumulador inercial.

Componentes de sistema2. Calderas

• Las calderas se pueden agrupar en los siguientes tipos:

• Calderas domesticas de pellets (10-50 kW)Calderas muy compactas en los que los tubos de humos suelen ser verticales. La alimentación a la cámara de combustión suele ser inferior o superior. Incluyen sistemas para la comodidad del usuario como la limpieza automática y el encendido eléctrico.

• Calderas colectivas compactas. (40 -100 kW) Estas calderas son versiones agrandadas de las calderas domésticas de pellets. Pueden admitir como combustible pellets o astillas seca de la granulometria adecuada.

Tipos de calderas2. Calderas

•Calderas colectivas con alimentador inferior (<600 kW) Este tipo de calderas se adaptan bien a biomasas con bajo contenido de cenizas y pequeño tamaño de partículas (<~50 mm).

•Calderas colectivas con parrilla móvil Estas calderas son más caras pero pueden utilizar otras biomasas con contenidos altos en humedad y cenizas, y una distribución de tamaño de partícula no homogénea. Este diseño por su coste se utiliza generalmente en calderas con una potencia superior a 1.000-2.000 kW.

Caldera alimentación inferior

Caldera parrilla móvil

Tipos de calderas2. Calderas

– Se pueden distinguir varios tipos alimentación la biomasa a las cámaras de combustión integradas dentro de calderas. Los tipos más comunes son:

• Alimentación superior con la caída a un crisol• Alimentación inferior • Alimentación lateral y parrilla móvil

Alimentación superior Alimentación inferior Parrilla móvil

Tipos de calderas2. Calderas

¿Cuándo puedo usar la biomasa?Las limitaciones técnicas son menores y la mayor parte de las veces salvables, por lo que en la

mayor parte de los casos la viabilidad de la aplicación de biomasa viene determinada por los parámetros que determinan los costes de cada caso.

El factor clave para la viabilidad económica es el número de horas de demanda de calor y el tamaño de la caldera necesaria.

Utilización de la biomasa para la generación de calor en el ámbito doméstico

Aplicación calor2. Calderas

• ¿En que casos es rentable?

– La inversión inicial es mayor que con los combustibles fósiles pero sin embargo el coste de combustible es claramente menor. Por lo tanto cuanto mayor sea el ahorro anual en combustible respecto a la inversión inicial antes se amortizarála instalación y menor será el coste del calor generado. Esto depende fundamentalmente de lo siguientes factores:

• Horas anuales de funcionamiento a plena carga: ratio entre el consumo anual de combustible (expresado en kWh) y la potencia de la caldera (en kW).

• Potencia de la caldera

• Diferencial de coste entre el combustible fósil y la biomasa utilizada

Calderas de biomasaRentabilidad2. Calderas

– Puntos importantes a considerar cuando se selecciona una caldera son :

• Alto rendimiento (más del 85%) probado por mediciones certificadas.

• Bajas emisiones de CO (por debajo de 250 mg/m3), bajas emisiones de polvo (por debajo de 50 mg/m3 a plena carga).

• Modulación la potencia de salida (no solo regulación por conexión/desconexión, ya que esto causa emisiones y pérdidas altas).

• Alto grado de automatización para reducir el trabajo del mantenimiento. Limpieza automática del intercambiador, extracción y compactación de cenizas.

• Sistemas de seguridad :Evitar el reflujo de la llama de la caldera hacia el almacén o silo de combustible:

• Referencias que prueben que la caldera se ha utilizado en aplicaciones similares

Selección de calderas2. Calderas

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